JP5422514B2 - 固形燃料焚きボイラ - Google Patents

Description

本発明は、例えば木質ペレットやチップ等の固形燃料を用いた比較的小型の固形燃料焚きボイラの改良に関する。

従来、この種の固形燃料焚きボイラとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
当該固形燃料焚きボイラは、固形燃料を供給する供給装置と、供給装置からの固形燃料を燃焼させる燃焼装置と、燃焼装置からの燃焼ガスに依り蒸気を発生させるボイラと、ボイラからの燃焼ガス中の灰や煤塵を除去するサイクロン集塵器とを備えている。

而して、この様なものは、供給装置に依り固形燃料が燃焼装置に供給されて燃焼装置に依り固形燃料が燃焼される。燃焼装置に依り発生された燃焼ガスがボイラに送られてボイラに依り蒸気が発生される。ボイラから排出された燃焼ガスがサイクロン集塵器に送られてサイクロン集塵器に依り燃焼ガス中の灰や煤塵が除去される。

ところで、出力が略３００〜２７００ＫＷの比較的小型のボイラにあっては、燃焼装置を大きくして燃焼ガスの高温雰囲気での滞留時間を充分とって未燃物が燃焼ガス中に極力含まれない様にしていた。

特開２００８-６４３７０号公報

ところが、従来のものは、燃焼装置を大きくして燃焼ガス中の未燃物を極力減少させる様にしていたので、ボイラ全体が大型化してコストが高く付くと共に、搬送や据付けも容易に行なえなかった。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、燃焼装置を大きくして燃焼ガス中の未燃物を減少させる必要がなく、それでいてボイラ全体の小型化とコストの低減が図れると共に、搬送や据付けも容易に行なえる様にした固形燃料焚きボイラを提供するにある。

本発明の固形燃料焚きボイラは、固形燃料を供給する供給装置と、供給装置からの固形燃料を燃焼させる一次燃焼室及び燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼室を有する燃焼装置と、燃焼装置からの燃焼ガスに依り蒸気を発生させるボイラと、ボイラからの燃焼ガス中の灰や煤塵を除去するサイクロン集塵器とを備えた固形燃料焚きボイラに於て、前記ボイラとサイクロン集塵器との間に燃焼ガス中の未燃物を分離する未燃物分離装置を設け、当該未燃物分離装置は、ボイラからの燃焼ガスを下方に導いた後に上方に導く仕切板を備えた重力分離方式にしてあり、流入した燃焼ガスが仕切板に沿って略４〜１２ｍ／ｓの流速で下降して仕切板の下端で未燃物が分離され、未燃物を含まない微細な灰を伴った燃焼ガスが仕切板に沿って略０．５〜２．０ｍ／ｓの流速で上昇して流出されるように構成され、又、前記未燃物分離装置は、分離された未燃物を密封しながら排出する密封排出手段と、密封排出手段から排出された未燃物を空気輸送によりボイラに設けた固形燃料の供給口近傍から燃焼装置の二次燃焼室に返送する返送手段とを備えていることに特徴が存する。

供給装置に依り固形燃料が燃焼装置に供給されて燃焼装置に依り固形燃料が燃焼される。燃焼装置に依り発生された燃焼ガスがボイラに送られてボイラに依り蒸気が発生される。ボイラから排出された燃焼ガスが未燃物分離装置に送られて未燃物分離装置に依り燃焼ガス中の未燃物が分離される。未燃物分離装置から排出された燃焼ガスがサイクロン集塵器に送られてサイクロン集塵器に依り燃焼ガス中の灰や煤塵が除去される。
ボイラとサイクロン集塵器との間には、未燃物分離装置を設けて燃焼ガス中の未燃物を分離する様にしたので、燃焼装置を大きくして燃焼ガス中の未燃物を極力減少させる必要がなくなる。この為、ボイラ全体の小型化とコストの低減が図れると共に、搬送や据付けも容易に行なえる。

未燃物分離装置に依り分離された未燃物は、燃焼装置に戻されてこれに依り再燃焼されるのが好ましい。この様にすれば、未燃物を別途処分する必要がないと共に、再利用する事ができる。

未燃物分離装置は、ボイラからの燃焼ガスを下方に導いた後に上方に導く仕切板を備えた重力分離方式にしてあるのが好ましい。この様にすれば、構造が簡単で効率良く未燃物を分離する事ができる共に、圧力損失を小さくする事ができる。

未燃物分離装置は、未燃物を密封しながら排出する密封排出手段と、密封排出手段からの未燃物を燃焼装置に返送する返送手段とを備えているのが好ましい。この様にすれば、未燃物を外部に漏洩させる事なく排出できると共に、未燃物を燃焼装置に返送して再燃焼させる事ができる。

密封排出手段は、ロータリバルブにしてあるのが好ましい。この様にすれば、構造の簡単化とコストの低減を図る事ができる。

返送手段は、未燃物を燃焼装置に導く返送管と、返送管に接続されて未燃物を圧送する送風機とを備えているのが好ましい。この様にすれば、送風機を用いて未燃物を空気輸送する事ができると共に、輸送後の空気を燃焼に利用する事ができる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） 供給装置、燃焼装置、ボイラ、サイクロン集塵器、未燃物分離装置とで構成し、とりわけボイラとサイクロン集塵器との間に燃焼ガス中の未燃物を分離する未燃物分離装置を設けたので、燃焼装置を大きくして燃焼ガス中の未燃物を減少させる必要がなく、それでいてボイラ全体の小型化とコストの低減が図れると共に、搬送や据付けも容易に行なえる。
（２） ボイラとサイクロン集塵器との間に燃焼ガス中の未燃物を分離する未燃物分離装置を設けるだけであるので、既存のものへも容易に適用する事ができる。

本発明の固形燃料焚きボイラを示す概要図。 未燃物分離装置を示す縦断側面図。 図２の横断平面図。 未燃物分離装置の他の例を示す縦断側面図。 図４の横断平面図。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１乃至図３に於て、固形燃料焚きボイラ１は、供給装置２、燃焼装置３、ボイラ４、サイクロン集塵器５、未燃物分離装置６とからその主要部が構成されている。
固形燃料焚きボイラ１は、具体的には、蒸発量５００ｋｇ／ｈの木質ペレット焚き蒸気ボイラにしてあり、ボイラ形式が多管式貫流ボイラで、定格燃焼量７５．５ｋｇ／ｈ、燃焼ガス量５４０ｍ³ Ｎ／ｈ、燃焼室容積０．６５ｍ³ にしてある。
供給装置２、燃焼装置３及びボイラ４は、具体的には、特許文献１に記載されたものと略同様に構成されている。

供給装置２は、固形燃料Ａを供給するもので、この例では、貯蔵サイロ（図示せず）からの固形燃料Ａを小容量だけ貯蔵するサービスサイロ７と、これに接続されて固形燃料Ａを搬送するスクリュコンベヤ８と、これに接続されて燃焼装置３へ固形燃料Ａを供給する供給管９と、スクリューコンベヤ８から排出される固形燃料Ａを供給管９へ押し込む為の押込み送風機１０等を備えている。

燃焼装置３は、供給装置２からの固形燃料Ａを燃焼させるもので、この例では、図略しているが、ボイラ４の下部に設けられて一次燃焼室１１を形成する燃焼筒１２と、これの内部下位に設けられて一次燃焼室１１に燃焼用空気を均一に分配供給する多孔板と、これの上に形成されて多数の耐熱性のセラミック粒子を点接触状態で積層したセラミック粒子層と、多孔板の下部空間に燃焼用空気を旋回状態で供給する燃焼用空気供給部と、燃焼用空気供給部へ燃焼用空気を供給する燃焼用送風機１３と、燃焼筒１２に設けられてセラミック粒子層上の固形燃料Ａに点火する為の点火用バーナ１４等を備えている。

燃焼装置３は、ボイラ４の内部に形成された二次燃焼室１５を含み、ボイラ４の上部に設けられた供給口１６から二次燃焼室１５を経てセラミック粒子層上に供給された固形燃料Ａを燃焼用空気供給部から多孔板を経た燃焼用空気に依り流動させながら燃焼させると共に、ここからの燃焼ガスＢをボイラ４内の二次燃焼室１５で二次燃焼させる様にしてある。

ボイラ４は、燃焼装置３からの燃焼ガスＢに依り蒸気を発生させるもので、この例では、水管ボイラにしてあり、図略しているが、中央に二次燃焼室１５を形成する環状の内側水冷壁と、これの外側に同心状に配置された環状の外側水冷壁と、内側水冷壁と外側水冷壁の間に形成されて入口側が二次燃焼室１５に連通された環状の燃焼ガス通路と、これの出口側に接続されて燃焼ガスＢを排出する煙道１７と、両水冷壁の各水管の上端部及び下端部に夫々連通状に接続された上部ヘッダ１８及び下部ヘッダ１９と、燃焼ガス通路の底部にパージ空気を供給して焼却灰や未燃物が堆積するのを防止するパージ空気供給機構２０と、上部ヘッダ１８に接続された気水分離器２１と、上部ヘッダ１８と下部ヘッダ１９間に設けられた水位制御筒２２等を備えている。

サイクロン集塵器５は、ボイラ４からの燃焼ガスＢ中の灰や煤塵を除去するもので、この例では、縦長の筒状を呈する集塵筒２３と、これの上部側方に形成された入口２４と、集塵筒２３の上部に形成された出口２５と、集塵筒２３の下部に形成された排出口２６とを備えて居り、入口２４から内部に吸引された燃焼ガスＢ中の灰や煤塵を旋回流に乗せて分離除去する様にしてある。

サイクロン集塵器５の入口２４には、未燃物分離装置６を介してボイラ４の煙道１７が接続されると共に、サイクロン集塵器５の出口２５には、誘引送風機２７を介して煙突（図示せず）が接続される。サイクロン集塵器５の排出口２６には、スクリュコンベヤ２８を介して灰ボックス２９が接続されて居り、分離された灰や煤塵が搬送されて貯留される様にしてある。

未燃物分離装置６は、ボイラ４とサイクロン集塵器５との間に設けられて燃焼ガスＢ中の未燃物Ｃを分離するもので、この例では、ボイラ４からの燃焼ガスＢを下方に導いた後に上方に導く仕切板３０を備えた重力分離方式にしてあり、断面略方形の漏斗状を呈する分離筒３１と、これの上部に前後方向（図２に於て左右方向）に離間して形成された入口３２及び出口３３と、下方に形成された排出口３４と、分離筒３１の内部上半を入口側と出口側に区画する仕切板３０とを備えている。

未燃物分離装置６の入口３２には、ボイラ４の煙道１７が接続されると共に、未燃物分装置６の出口３３には、サイクロン集塵器５の入口２４が接続される。
未燃物分離装置６は、入口３２から流入された燃焼ガスＢが、仕切板３０に沿って流速が略４〜１２ｍ／ｓで下降されて仕切板３０の下端で未燃物Ｃが分離され、未燃物Ｃを含まない微細な灰を伴ったものが、仕切板３０に沿って流速が略０．５〜２．０ｍ／ｓで上昇されて出口３３から流出される様にしてある。
上昇時の流速（立上り流速）が０．５ｍ／ｓ以下になると、未燃物Ｃを含まない灰の排出が少なくなり、立上り流速が２．０ｍ／ｓ以上になると、排出される燃焼ガスＢへの未燃物Ｃの混入が増加する。従って、立上り流速は、略１．０〜１．５ｍ／ｓにするのが望ましい。

未燃物分離装置６は、分離された未燃物Ｃを密封しながら排出する密封排出手段３５と、密封排出手段３５からの未燃物Ｃを燃焼装置３に返送する返送手段３６とを備えている。
密封排出手段３５は、排出口３４に接続されたロータリバルブにしてあり、例えば実用新案登録第３１５７２１０号に記載されたものが用いられる。
返送手段３６は、未燃物Ｃを燃焼装置３に導く返送管３７と、返送管３７に接続されて未燃物Ｃを圧送する送風機３８とを備えている。
返送手段３６の返送管３７は、供給口１６近傍のボイラ４の二次燃焼室１５に接続されて居り、二次燃焼が阻害されずに吹込まれた未燃物Ｃの滞留時間が充分とれる様にしてある。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
供給装置２のサービスサイロ７に貯留された固形燃料Ａは、スクリュコンベヤ８と押込み送風機１０と供給管９に依り供給口１６からボイラ４の二次燃焼室１５を経て燃焼装置３の一次燃焼室１１に供給される。一次燃焼室１１に供給された固形燃料Ａは、点火用バーナ１４に依り点火されて燃焼用送風機１３からの燃焼用空気に依り一次燃焼される。この一次燃焼に依り発生した燃焼ガスＢは、ボイラ４の二次燃焼室１５に送られて二次燃焼されると共に、燃焼ガス通路を通って煙道１７から排出される。この時に、ボイラ４の両水冷壁との間で熱交換が行なわれて蒸気が発生される。

ボイラ４から排出された燃焼ガスＢは、未燃物分離装置６に送られてこれに依り未燃物Ｃが分離される。
未燃物分離装置６に依り分離された未燃物Ｃは、密封排出手段３５に依り密封されながら未燃物分離装置６から排出され、返送手段３６の返送管３７と送風機３８に依りボイラ４の二次燃焼室１５に空気輸送されてここで再燃焼される。

未燃物分離装置６から排出された燃焼ガスＢは、サイクロン集塵器５に送られてこれに依り灰や煤塵が除去された後、誘引送風機２７に依り誘引されて煙突から大気中に排出される。
ボイラ４とサイクロン集塵器５との間には、未燃物分離装置６を設けて燃焼ガスＢ中の未燃物Ｃを分離する様にしたので、燃焼装置３を大きくして燃焼ガスＢ中の未燃物Ｃを極力減少させる必要がなくなる。この為、ボイラ全体の小型化とコストの低減が図れると共に、搬送や据付けも容易に行なえる。

ところで、固形燃料焚きボイラやごみ焼却炉にあっては、燃焼評価として熱灼減量（％）が使用されて居り、法規制はないものの、大型ボイラでは１０％以下としているメーカもある。これは、灰の埋立基準値からこの様に決めていると考えられる。
そこで、固形燃料焚きボイラに於て、本発明の様に未燃物分離装置６を設けた場合と、従来の様に未燃物分離装置６を設けない場合との熱灼減量（％）を測定したところ、前者は、負荷が定格の２０％、１／２定格の８０％ではあるが８．２％であり、後者は、定格連続運転ではあるが４８．５％であった。
つまり、本発明の固形燃料焚きボイラ１の燃焼評価としては、概ね大型ボイラ並に大きく改善されている事が判った。

尚、未燃物分離装置６は、先の例では、断面略方形であったが、これに限らず、例えば図４及び図５に示す如く、断面略円形にしたり、或はその他の形状にしても良い。
未燃物分離装置６は、先の例では、分離した未燃物Ｃを燃焼装置３へ返送して再燃焼させる様にしたが、これに限らず、例えば分離した未燃物Ｃを回収して廃棄処分等をしても良い。
未燃物分離装置６は、先の例では、分離した未燃物Ｃをボイラ４の二次燃焼室１５に吹込む様にしたが、これに限らず、例えば燃焼装置３の一次燃焼室１１に吹込む様にしても良い。

１…固形燃料焚きボイラ、２…供給装置、３…燃焼装置、４…ボイラ、５…サイクロン集塵器、６…未燃物分離装置、７…サービスサイロ、８…スクリュコンベヤ、９…供給管、１０…押込み送風機、１１…一次燃焼室、１２…燃焼筒、１３…燃焼用送風機、１４…点火用バーナ、１５…二次燃焼室、１６…供給口、１７…煙道、１８…上部ヘッダ、１９…下部ヘッダ、２０…パージ空気供給機構、２１…気水分離器、２２…水位制御筒、２３…集塵筒、２４…入口、２５…出口、２６…排出口、２７…誘引送風機、２８…スクリュコンベヤ、２９…灰ボックス、３０…仕切板、３１…分離筒、３２…入口、３３…出口、３４…排出口、３５…密封排出手段、３６…返送手段、３７…返送管、３８…送風機、Ａ…固形燃料、Ｂ…燃焼ガス、Ｃ…未燃物。

Claims (1)

1. 固形燃料を供給する供給装置と、供給装置からの固形燃料を燃焼させる一次燃焼室及び燃焼ガスを二次燃焼させる二次燃焼室を有する燃焼装置と、燃焼装置からの燃焼ガスに依り蒸気を発生させるボイラと、ボイラからの燃焼ガス中の灰や煤塵を除去するサイクロン集塵器とを備えた固形燃料焚きボイラに於て、前記ボイラとサイクロン集塵器との間に燃焼ガス中の未燃物を分離する未燃物分離装置を設け、当該未燃物分離装置は、ボイラからの燃焼ガスを下方に導いた後に上方に導く仕切板を備えた重力分離方式にしてあり、流入した燃焼ガスが仕切板に沿って略４〜１２ｍ／ｓの流速で下降して仕切板の下端で未燃物が分離され、未燃物を含まない微細な灰を伴った燃焼ガスが仕切板に沿って略０．５〜２．０ｍ／ｓの流速で上昇して流出されるように構成され、又、前記未燃物分離装置は、分離された未燃物を密封しながら排出する密封排出手段と、密封排出手段から排出された未燃物を空気輸送によりボイラに設けた固形燃料の供給口近傍から燃焼装置の二次燃焼室に返送する返送手段とを備えていることを特徴とする固形燃料焚きボイラ。

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